Текст книги "Охотники за частицами"

Автор книги: Виталий Рыдник

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 17 страниц)

Ох, этот Роберт Оппенгеймер! Блестящий ученый, отличный организатор (это он руководил работой ученых по созданию американской атомной бомбы), многогранно одаренный человек. Но странный талант: он открыл много дверей в мир неизведанного, а не вошел ни в одну из них. История науки знает таких людей. Они первые дают сигнал к атаке, но наступление продолжается без них. Они же тем временем готовят удар на другом участке фронта.

Но история науки знает и других людей. Эти ученые долго и напряженно работают в сравнительно узких областях, но зато расширяют их до огромных пределов. Таким ученым был, например, Эйнштейн. Известный философ Людвиг Берне, друг Карла Маркса, с полным основанием мог бы, пользуясь своей классификацией характеров, назвать талант Оппенгеймера «эллинским», а гений Эйнштейна – «иудейским».

Ох, этот «эллин» Оппенгеймер! Дирак со вздохом поднимает свой рюкзак, который было снял, присев отдохнуть. Надо продолжать восхождение.

Теперь предстоит выяснить, как «влетела» в уравнение для электрона какая-то посторонняя частица. Да еще и похожая как две капли воды на электрон, разве только с противоположным по знаку электрическим зарядом.

А может быть, эта частица вовсе не посторонняя? Может быть, она связана с электроном какими-то пока неведомыми узами? Например, узами братства? Допустим. Но в таком случае поиски обращаются на их возможного родителя. Чем может быть этот родитель?

И снова напряженное раздумье…

Рождается совершенно безумная, на первый взгляд, мысль: электрон и его зеркальный брат совместно рождаются… из пустоты! Пустота, вакуум, как ее называют физики, – вовсе не пуста! Напротив, она до отказа забита электронами! Положительный же двойник электрона – это дырка в заполненной пустоте!

Безумие действительно налицо. Так, во всяком случае, кажется вначале. Но подождем делать такой вывод. Пройдем за Дираком по отвесному пути его рассуждений.

Переполненная пустота

Прислушаемся к беседе, которую ведут сторонник Дирака и еще не обращенный в новую веру его противник.

Говорит сторонник:

– Каким вы назовете пространство, в котором никаким прибором не обнаружить ни одной частицы?

– Ну конечно, совершенно пустым, – отвечает противник.

– А если в этом пространстве есть частицы, которые просто лишены возможности проявить себя, войти в контакт с прибором? Даже если в пространстве полным-полно частиц, вы все равно будете считать его пустым?

– Разумеется! Но позвольте задать вопрос. Как частицы могут лишиться способности взаимодействовать? Если ваши электроны не входят в контакт с измерительным прибором, значит, они и друг с другом не взаимодействуют! Прибор ведь состоит в конечном счете из тех же электронов.

– Правильно.

– Не правильно, а чепуха! Частицы не могут не взаимодействовать, это противоречит самой сущности вещей! – начинает волноваться противник.

– Тоже правильно, – по-прежнему спокойно отвечает сторонник.

– И то правильно, и это правильно? Ничего не понимаю!

– Не волнуйтесь, я вам сейчас объясню. Давайте приложим к куску металла электрическое поле. Пойдет ток, и вы скажете, что в металле есть свободные электроны.

– Верно, – кивает противник.

– А есть ли в металле еще что-нибудь, кроме этих электронов? – спрашивает сторонник.

– Конечно: еще атомы.

– Простите, а как вы это узнали?

– Можно, например, так. Осветим металл рентгеновыми лучами. При высоких энергиях фотоны этих лучей будут вырывать из атомов электроны.

– Значит, при меньшей энергии металл у вас состоит как бы из одних свободных электронов, а увеличили энергию – и появились атомы?

– Конечно, нет! Просто тот вид внутренней структуры, который мы обнаруживаем, зависит от той энергии, с которой мы ее прощупываем.

– Ага! Так почему же вы не хотите понять, что можно взять такую энергию, при которой и пустота обнаружит свою структуру?

Противник снова разводит руками:

– Не понимаю. Пустота – всегда пустота. В ней ничего нет и быть не может.

– Ну, а все же представьте себе пустоту, до отказа забитую электронами. Они ведь не смогут взаимодействовать ни друг с другом, ни с приборами.

– Почему?

– А потому, что это означало бы изменение их энергии. Ведь при взаимодействии одна из частиц всегда что-то теряет из своей энергии, а другая что-то приобретает. И частицы должны занять новые уровни энергии.

– Но где же они могут найти такие уровни? Вы говорите, что все уровни у вас заняты. А как доказал недавно Вольфганг Паули, каждый уровень энергии может быть занят только двумя электронами. Если к ним придет третий, они его не пустят, – недоумевает противник.

– Значит, нет таких свободных уровней?

– Нет.

– Вот потому-то электроны, даже если они сидят в пустоте так же тесно, как сельди в бочке, не могут взаимодействовать друг с другом или с прибором! Но… только до тех пор, пока им не будет сообщена достаточная энергия, чтобы электроны могли выпрыгнуть из пустоты. Как только это произойдет, частицы уже можно будет обнаружить: они приобретают возможность взаимодействовать.

– Что же это за энергия? – начинает понемногу сдаваться противник.

– Давайте сообразим. Электрон должен родиться из пустоты, имея по меньшей мере свою собственную энергию покоя. По закону Эйнштейна эта энергия равна произведению массы покоя электрона на квадрат скорости света.

– Значит, электронам в вакууме надо передать минимум такую энергию?

– Нет, не совсем так. Вы не учли того, что станет с вакуумом после вылета из него электрона. А это надо учитывать.

– A-а, понятно. Учитываю. В заполненной электронами пустоте при этом образуется пустое место. Бр-р-р! Вы меня извините. Говорю, а сам содрогаюсь от своих слов!

Так можно представлять себе «переполненную пустоту» – океан Дирака. Удар по этому океану достаточно энергичным фотоном выбрасывает на берег брызги – электрон, а в пустоте остается дырка – ничуть не менее реальный позитрон. Другими словами, такая картинка изображает превращение гамма-кванта в пару из электрона и позитрона.

Но сторонник лишен жалости. Он продолжает убеждать:

– Назовем это пустое место дыркой. Она имеет заряд.

– Конечно. Раз пустота в целом нейтральна, то вылет из нее электрона должен сообщить ей, то есть дырке, положительный заряд, чтобы эта нейтральность сохранилась.

– Вот-вот. И масса у этой дырки должна быть. Такая же, как у электрона. И на рождение дырки нужно затратить ту же энергию, что на электрон, а всего на пару из электрона и дырки – двойную энергию. Это примерно миллион электрон-вольт.

– Немало.

– Верно, немало. Но при меньшей энергии обнаружить структуру вакуума, теперь вам понятно, невозможно. А если по пустоте ударить с такой или с большей энергией, например, фотоном, то из нее выскочат сразу две частицы – электрон и его зеркальный брат. Назовем этого брата позитроном.

– Уфф! Кажется, теперь я понял!

По горячему следу

Так в начале тридцатых годов была предсказана новая частица. Были установлены ее вид и повадки, из коих главная та, что эта частица рождается в паре с электроном. И должна умирать также вместе с электроном, отдавая при этом, как и электрон, всю ту энергию, которую они получили при своем рождении или приобрели при своей жизни.

Далеко не все ученые верят в находки, полученные теоретиками на кончике пера. В теорию относительности многие уверовали лишь после того, как в 1919 году астрономы подтвердили предсказываемое ею искривление световых лучей вблизи крупных небесных тел.

Так и теперь. Слово за физиками-экспериментаторами. Подтвердят ли они существование новой частицы?

Экспериментаторы берут это дело на заметку. К списку разыскиваемых частиц прибавляется еще одна. С еще большим вниманием просматриваются тысячи фотографий, снятых в камере Вильсона.

На этих фотографиях оставляют следы миллионы космических частиц. Миллионы частиц – миллионы разнообразных событий. И где-то в этих джунглях переплетающихся следов, толстых и тонких, прямых и изогнутых, неожиданно прерывающихся, расщепляющихся на другие следы, – где-то здесь наблюдателя ждет след, оставленный новой, пока неведомой частицей.

Ни одна черточка на фотографии не должна ускользнуть от внимания ученых. А так легко пропустить ее, так легко необычный след принять за привычный, неинтересный. И тогда в стопке уже просмотренных фотопластинок безвозвратно затеряется интереснейшее событие.

Может быть, его уже годы тщетно ждут теоретики. И придется им тогда снова ждать и ждать, пока редкое событие снова удастся схватить на фотопластинке.

Сколько интересных явлений на фотопластинках пропустили экспериментаторы в ранние годы изучения космических лучей! Трудно винить их в этом. Они знали, как наблюдать, но не ведали, что именно надо искать. А не ведали потому, что этого не знали и теоретики.

Но вот в начале 1932 года американский физик Карл Андерсон, изучая снятые на космическом излучении фотографии в камере Вильсона, обнаруживает интересный след.

Вот он, воспроизведен на рисунке.

Первая фотография позитрона. Он пришел сверху, замедлился в свинцовой перегородке и пропал в нижней части камеры Вильсона, где слился с электроном. Если бы этот след оставил электрон, то магнитное поле в камере должно было бы закрутить его в обратную сторону.

Темное поле снимка пересекает толстая горизонтальная полоса – это свинцовая пластинка. Искривленный след говорит о том, что камера работала в сильном магнитном поле. Как мы уже рассказывали выше, такой режим работы камеры впервые осуществил наш замечательный физик Дмитрий Владимирович Скобельцын.

Добавим еще, что снимок ориентирован так же, как и фотопластинка в камере Вильсона: верхняя его часть отвечает участку камеры над свинцовой пластинкой.

Чем же интересна эта фотография?

Сядем вместе с Андерсоном и его коллегой Сетом Неддермайером и займемся анализом снимка. Так сказать, проникнем не в обычную, а в творческую лабораторию ученых.

Необычный след

Сначала идет общее изучение «охотничьей территории». След тонкий, пунктирный. Значит, он принадлежит частице с небольшой массой. По мере удаления от свинцовой пластинки пунктир становится все более редким и наконец прерывается.

В начале своего пути «зверь» энергично задирал встречные молекулы газа, срывая с них электронные «шкуры». Затем, все более растрачивая свою энергию, он все менее мог противостоять сбивающему с пути ветру – магнитному полю: след становился все более искривленным, пока наконец зверь не свалился без сил. Частица тогда затормозилась настолько, что вообще перестала ионизировать встречные молекулы. Тут след и оборвался.

Что с частицей случилось потом?

Об этом мы поговорим ниже. Охотников пока что это не интересует.

А теперь – о необычном. След закручен в сторону, противоположную той, в которую должен был бы быть закручен след электрона. Электрон искривил бы свой путь вправо.

А эта частица закручивается влево, как и полагается… чему?

Андерсон и Неддермайер пытаются сначала предположить, что этот необычный след тоже принадлежит электрону. Только почему-то этот электрон, вместо того чтобы подобно всем космическим частицам двигаться сверху вниз, выбрал обратное направление. Да еще, пройдя через свинцовую пластинку, не уменьшил, а увеличил свою энергию. Диковинный случай, что и говорить!

Наши охотники умышленно сверхосторожны. Семь раз отмерь – один раз отрежь! Это неписаное правило стоит одним из первых в кодексе ученых.

И все же тщательный анализ показывает, что электрон не мог прийти снизу. Даже если бы он преодолел свинцовую пластинку, то потерял бы почти всю свою энергию. Этого, однако, не видно.

Остается единственный вывод: след принадлежит движущейся вниз положительной частице.

И эта частица не протон! Протон такой энергии оставил бы толстый короткий след.

Итак, верхний след может принадлежать только положительной частице с массой, близкой к массе электрона. До сих пор такая частица не наблюдалась. Теперь капкан захлопнулся, частица поймана.

Но Андерсон и Неддермайер не торопятся с выводами. Новые и новые фотоснимки ложатся на стол исследователей. А за океаном в охоту включились еще двое ученых – англичанин Патрик Блеккет и итальянец Джузеппе Оккиалини. Они тоже придирчиво изучают снимки, сделанные с помощью еще более совершенной камеры, чем прибор американских охотников.

К концу 1932 года последние сомнения рассеиваются. Поймана новая частица. Эта частица – тот самый зеркальный двойник электрона. Он получает название позитрона.

Вот один из таких «несомненных» снимков. Прилетел сверху космический фотон. По его энергии, а она, видимо, значительно превышает миллион электрон-вольт, – это фотон довольно жестких гамма-лучей. Или, как его называют проще, – гамма-квант.

Свисающие со свинцовой перегородки «усики» – следы электронно-позитронных пар, образованных в перегородке пришедшими сверху гамма-квантами. Видно, что каждый из следов в паре закручен магнитным полем в разные стороны.

Гамма-квант молекул газа практически не ионизирует, а потому в камере следа не оставил. Влетел фотон в свинцовую пластинку, и… остальное видно прямо глазом. Сотворил этот фотон в свинцовой пластине пару из электрона и позитрона, вылетела эта пара из пластины. Начало магнитное поле сбивать новорожденных братьев на кривую дорожку. И разошлись пути зеркальных братьев: положительный налево пошел, а отрицательный направо.

Вот и сказочке конец… Остается дописать лишь некоторые подробности о рождении и смерти позитрона.

Рождение и смерть позитрона

Сегодня физики уже не лезут на холм по тому пути, который проложил Дирак. Этот путь все же довольно извилист. Они предпочитают более прямой маршрут, который был освоен учеными в последующие годы.

Этот маршрут мысли можно коротко выразить следующими четырьмя словами: «поле превращается в вещество». Но за этими краткими словами стоит целая эпоха в развитии физики.

Мы не историки этой эпохи. Мы не можем останавливаться на всех перипетиях увлекательной судьбы коренных физических понятий, таких, например, как упомянутые выше поле и вещество.

Образно говоря, и то и другое вырвалось из тех рамок, в которые их поставили физики. Будучи разлучены их родителями, они все же сумели ускользнуть из-под родительской опеки и соединились на радость и на горе физикам.

На радость, потому что было открыто исключительно важное новое свойство материи. На горе, потому что физикам – уж в который раз! – пришлось ломать здание своих представлений, чтобы уделить в нем место новой закономерности.

Именно закономерности. Ибо превращение гамма-кванта в пару из электрона и позитрона, иными словами – превращение кванта электромагнитного поля в две вещественные частицы оказалось не единичным, а совершенно универсальным событием в атомном мире.

Фотон при таком превращении всю свою энергию без остатка отдает своим наследникам, а сам исчезает. Если его энергия значительно превышает удвоенную энергию покоя электрона, то избыток переходит в солидную кинетическую энергию обеих частиц.

Куда же заводят зеркальных братьев их кривые дорожки? Электрон, постепенно растратив свою энергию, будет, скорее всего, съеден каким-нибудь ионом, встретившимся на его пути. С позитроном могут случиться более интересные приключения.

Он может, например, подойти к атому и соединиться с одним из его электронов. Произойдет микровзрыв, и вся энергия, которой обладали «покойные» частицы, перейдет в энергию двух или трех гамма-квантов, а те разлетятся по разным направлениям.

Может позитрон встретиться и со свободно гуляющим в камере электроном. При этом, прежде чем слиться, обе частицы предпочитают сначала немного повальсировать друг подле друга, образовав некое подобие атома водорода. С той, однако, разницей, что при этом уже нельзя сказать, какая из частиц неподвижна, а какая кружится возле нее: обе частицы одинаковы по массе. Такой «атом» физики назвали позитронием.

И здесь позитрон в конце концов (спустя миллиардные доли секунды) кончает свою жизнь, исчезая в паре с электроном. Это исчезновение физики неудачно окрестили латинским словом «аннигиляция», что по-русски означает «превращение в ничто».

Так еще можно было говорить в первые годы после открытия Дирака. Но, с тех пор как место пустоты заняло в рассуждениях физиков поле, аннигиляцию приходится понимать как превращение вещества в поле. И круг замыкается: поле рождает частицы, частицы рождают поле. Вечный круговорот вещества и поля.

Позитрон открыл собой целый список античастиц. О том, как искали их охотники за частицами, мы расскажем в последующих главах.

Глава 5
Открытие невидимки

Изгнание электрона

Наука – та же армия. Наука никогда не ведет наступление с одинаковой силой по всем фронтам. Сегодня – прорыв оборонительной полосы на одном участке фронта, завтра – на другом, послезавтра – на третьем. Только эти «сегодня», «завтра» и «послезавтра» подчас отделены друг от друга десятилетиями.

Неизмеримо широк фронт физики – от мельчайших частиц до гигантских галактик. Одновременное широкое наступление по всему фронту невозможно. Но когда идет успешное наступление на одних участках, на других не спят. Там внимательно прислушиваются к близкой канонаде и ждут своего часа.

В двадцатых годах нашего века в физике все более явно обозначается новый фронт – атомное ядро. Вслед за первыми, поразившими воображение ученых опытами Резерфорда следуют новые энергичные попытки расщепления ядер. И в результате ядро становится в представлениях ученых все более сложным, все более трудным для понимания.

В самом деле, на их глазах представление о ядре – скопище враждующих протонов, удерживаемых от разлетания лишь электронным клеем, становится все менее убедительным. Уже несложный расчет показывает, что ядро на электронном клею должно быть непрочным. Во всяком случае – ненамного прочнее атома.

Атом же, в сущности, не очень прочная конструкция. Высокие температуры, химические реакции, облучение светом и рентгеновыми лучами способны отрывать от него целые куски. Нам уже понятно, что речь идет об ионизации атомов. При достаточном усилии с атомов можно содрать даже всю электронную «шкуру» и оставить одно голое ядро.

Но, с другой стороны, это самое ядро не поддается никаким усилиям физиков. Высочайшие температуры и давления, сильнейшие электрические поля, самые ярые химические реакции не оказывают на него ни малейшего воздействия. Ядро, видимо, способно откликаться лишь на те частицы, которые оно само же породило. Так, например, и случилось в опытах Резерфорда по бомбардировке ядер альфа-частицами.

Получается так, как будто ядро – рекордсмен прочности в природе. Выходит, что цемент, на котором оно замешано, – не электронный цемент.

А квантовая механика добавляет к этому заключению еще одно неоспоримое свидетельство. Она утверждает, что электроны просто-напросто не могут поместиться в ядрах.

Поначалу это может обескуражить. Еще в начале века Гендрик Лоренц подсчитал по старой физике радиус электрона. Он оказался порядка десятитриллионных долей сантиметра. Опыты двадцатых годов, с другой стороны, показывают, что ядра атомов должны иметь размеры того же порядка. Почему же в таком случае электроны должны выпирать за рамки ядра?

Дело, однако, оказывается не столь простым. Квантовая механика – и не без оснований – утверждает, что электрон, а с ним, разумеется, и все другие кирпичики вещества – это не точки и не шарики вполне определенных размеров. Это, скорее, некие облачка, не имеющие никаких строгих границ, – «облака вероятности».

Что ж, теперь, когда мы немного познакомились с квантовой механикой, это не должно вызывать у нас особого удивления. Помните волну вероятности? Она же, строго говоря, не имеет в пространстве ни начала, ни конца – на то она и волна! Но зато, с другой стороны, она не одинаково сильна: облачко, которым теперь представляется частица, в одних местах очень густое, а во всех остальных – почти совершенно прозрачное. Что-то вроде клуба дыма.

Понятно, что чем больше вероятность пребывания частицы в таком-то месте, тем гуще в этом месте «дым». Поэтому физики чисто условно провели границу частицы там, где облачко становилось практически совершенно прозрачным.

Таким «дымовым клубом» физики представили и ядро. И оказалось при этом, что «клубы» протонных облаков, очень крошечные, хорошо укладывались в размеры (конечно, условные) ядра. Тогда как электронные облака расползались чуть ли не по всему атому, имеющему в тысячи раз бóльшие размеры.

Да, электроны явно не умещались в ядрах! Как же быть? И физики после долгих размышлений лишили электрон пристанища в ядре.

Но это было лишь полдела. Ядро продолжало себе спокойно жить и не разлетаться на кусочки даже без электронов. Какая-то пока неведомая причина не только удерживала от разлета бешено враждующие протоны (на таких малых расстояниях, как в ядре, сила их электрического взаимного отталкивания колоссальна!), эта причина сплачивала протоны в такие поразительно прочные коллективы, что их никакое усилие не брало. Было над чем ломать голову!

А что же квантовая механика? Чем она скрепила ею же «разрушенные» ядра?

Да ничем. Она сама пока не может сказать ничего положительного. Молчат теоретики. Слово за экспериментаторами.

Ядерные артиллеристы

А те пока безмолвствуют. Но они работают. Работают усерднее, чем когда-либо.

Если бы в начале тридцатых годов мы с вами заглянули в одну из немногочисленных в то время лабораторий ядерной физики, нам бы представилась картина, совсем не похожая на ту, что была в начале века.

За каких-нибудь тридцать лет эти лаборатории неузнаваемо изменились. Вместо крошечных клетушек – большие помещения, неуютные, холодные – почти что сараи. Около огромных колонн хлопочут люди. На верху колонн смутно поблескивают большие шары. Провода от них тянутся вниз, к длинной трубе, около которой деловито стучат насосы.

Вся установка имеет какой-то марсианский вид. Но она – вполне земное изобретение. Это первый ускоритель заряженных частиц, изобретенный голландским ученым Альбертом Ван-де-Граафом.

Ускоритель Ван-де-Граафа. В высокой полой трубе движется лента, накапливает электрический заряд и передает на электрод ускорительной камеры высокое, до нескольких миллионов вольт, напряжение. (Вам будет интересно узнать, что, прогуливаясь по ковру, вы тоже представляете собой как бы маленький Ван-де-Граафов генератор: разность потенциалов между вами и землей может дойти до десятков тысяч вольт!) Под действием миллионовольтного напряжения электроны в ускорительной камере набирают почти околосветовую скорость. Протоны в такой камере тоже набирают скорость порядка десятка тысяч километров в секунду.

Физики тех лет вряд ли знакомы с Мичуриным. Но на их знамени – тот же известный мичуринский девиз: «Не ждать милостей у природы!»

Не ждать, пока редчайшая частица космических лучей влетит в ядро и расщепит его, да еще так, как это нужно ученым. Не ждать, пока тоже редкая альфа-частица из препарата радия натолкнется на ядро. Самим создавать мощные и быстрые потоки ядерных частиц!

Но сделать это совсем не просто. Прежде всего, какие частицы взять? Электроны? Можно. Но недолгий опыт уже показывает, что расщепление ядра электронами не вызвать. Это, кстати, еще одно свидетельство того, что в ядре электронов нет. Выбитый из ядра электрон сделал бы ядро неустойчивым. Оно должно было бы избавиться тогда от ставшего лишним протона. Однако этого никто никогда не замечал.

Значит, не электрон. Взять альфа-частицы, как это делал отец ядерной физики Резерфорд? Не очень удобно: альфа-частицы несут двойной электрический заряд, а значит, довольно сильно отталкиваются ядрами, у которых заряд имеет тот же знак. Да к тому же это составные частицы. Вылетит из ядра частица – и надо соображать, кому же она принадлежала: альфа-частице или ядру?

Остается протон – частица приятная во всех отношениях. Получить ее в чистом виде нетрудно: достаточно содрать электронную «шкуру» с атомов водорода. А этих атомов – хоть пруд пруди. Далее, частица эта – самая простая, оттого и названная протоном. Так что любое ядерное явление тоже будет происходить в «чистом» виде. Наконец, заряд протона вдвое меньше, чем у альфа-частицы, так что отталкиваться ядрами он будет вдвое слабее и легче сможет проникнуть в них.

Итак, протон. Остается лишь разогнать его до такой энергии, чтобы он смог пробить стену, которой отгородилось от внешнего мира ядерное семейство. Снаряд есть, нужна пушка. «Марсианское» сооружение в большом полутемном сарае – и есть первая такая пушка.

Ствол ее – та длинная труба, присосавшись к которой хлопочут насосы. Снаряд должен лететь в пустоте, чтобы зря не растрачивать свою энергию по дороге к цели. А растратить ее можно без труда в столкновениях с атомами воздуха. Поэтому и стучат насосы, выгоняя воздух с пути полета снаряда.

А порох для пушки добывается в тех самых колоннах с шарами. Движется вдоль колонны длинная шелковая лента, трется, набирает заряд, накапливает его в огромном шаре – совсем так, как набирает заряд любой из нас, прогуливаясь по ковру. Накапливается заряд, нарастает электрическое напряжение на шаре. Сто, двести, пятьсот тысяч, миллион вольт! И вдруг голубоватая искра проскакивает между шарами, словно маленькая молния, и легкий гром сотрясает здание.

Это сработал разрядник, которым измеряют напряжение на шаре. Теперь один шар отодвигается. И снова движется лента, и снова накапливается заряд, растет напряжение. Растет оно и у исследователей. Вся атмосфера в прямом и переносном смысле насыщена электричеством!

Теперь опыт. Тоненькая струйка газа из баллона со сжатым водородом попадает в камеру, где горит, не прерываясь, вольтова дуга. В ее пламени молекулы водорода разбиваются, сталкиваясь друг с другом в вихревой пляске, на отдельные атомы. А сами атомы, ударяясь друг о друга, срывают свои электронные одежды. И небольшое электрическое поле вытаскивает протоны из этого огненного вихря, как каштаны из огня, в длинную трубу.

Там протоны подхватываются мощным электрическим полем. В ничтожные доли секунды – не запечатлеть никаким киноаппаратом! – они проносятся сквозь трубу, пронзают тонкую заслонку на ее конце и врезаются в мишень, где покорно ждут своего часа изучаемые ядра.

Мгновение, и град неуловимых ударов сотрясает ядерные постройки. Во все стороны летят осколки. Тысячи их пропадают по дороге, застревают в самой мишени. Десятки вылетают наружу, где их подстерегают, как зайцев, выгнанных собаками, охотники. За осколками ядер следят внимательные глаза приборов. Ничто не должно быть упущено!

Открытие Чэдвика

Постройка генератора Ван-де-Граафа заканчивается в 1932 году. В том же году английские физики Джон Конрофт и Эрнст Уолтон создают еще более мощную и менее громоздкую пушку для стрельбы протонами по ядрам.

Теперь, кажется, удастся сорвать замки с тайны великой прочности ядер. Теперь перед протонами с энергией в миллионы электрон-вольт не должно устоять ни одно ядро.

Природа словно предугадывает намерения физиков. Она открывает им волнующую тайну, и еще до того, как пущен в ход первый ускоритель протонов.

В кембриджской лаборатории Резерфорда работает Джеймс Чэдвик. Он ищет новую атомную частицу, но пока его преследуют неудачи. Новая частица не показывается. Какие же основания искать ее?

Только одно. Еще в 1923 году Резерфорд предположил, что может существовать электрически нейтральная частица с массой такой же, как у протона. Это было гениальным предвидением – иначе не назовешь! Потому что, высказывая свою мысль, Резерфорд не опирался ни на какие убедительные расчеты. Электрон еще прочно занимал свое место в ядре, и никому из физиков в те годы и в голову не приходило усомниться в этом.

Молодой ученик Резерфорда по заданию учителя ищет эту частицу. Ищет, ищет… а между тем она уже несколько лет, как показалась на глаза! Сколько раз было – и сколько раз еще будет так: ходишь вокруг тайны, не зная, как к ней подступиться, а она уже вся перед твоими глазами! Надо лишь сообразить, чтó у тебя перед глазами. Но это самое трудное. В этом-то и весь фокус!

Открытие началось с Германии. Еще в конце двадцатых годов немецкие физики Генрих Боте и Ганс Беккер, облучая маломощными потоками альфа-частиц легкий химический элемент бериллий, обнаружили, что он испускает при бомбардировке какое-то странное излучение. Странность заключалась в том, что это излучение без труда проникало даже сквозь толстые свинцовые экраны.

Гамма-лучи, решили Боте и Беккер, но какие-то, что называется, очень жесткие. Гораздо жестче даже, чем гамма-лучи от радиоактивных препаратов. Новое излучение, таящее в себе загадку, так и получило название – «бериллиевое».

Затем настает очередь Франции. Молодые физики Фредерик и Ирен Жолио-Кюри в 1931 году повторяют опыты Боте и Беккера. Действительно, бериллиевое излучение проходит сквозь экраны в добрый десяток сантиметров свинца.

Молодежи свойственно ставить острые вопросы. Особенно этим молодым людям, которые являются прямыми наследниками таких прославленных искателей, как Пьер и Мари Кюри!

Острый вопрос в данном случае: как действует бериллиевое излучение на другие материалы, кроме свинца? Свинец – один из самых тяжелых материалов. Значит, надо подойти с другого конца – взять один из самых легких. Например, парафин: в нем только легкие атомы водорода и углерода. Или, например, целлофан. Долой свинцовые экраны – широкую дорогу излучению!

И оно щедро ответило на щедрость ученых. Из парафина и целлофана полетели… протоны! Такого еще не было! Гамма-лучи могли вышибать электроны из атомов, но протонов из ядер они пока что не вырывали.

Какое-то новое, необычное свойство гамма-лучей! Супруги Жолио-Кюри так и сообщили о результатах своих опытов 18 января 1932 года на заседании Парижской академии наук.

Вот когда настала очередь Чэдвика! Немедленно он бросился проверять их результаты. Все оказалось именно так, как сообщили французские исследователи. И тут все мысли, все неудачи, все безуспешные попытки за эти несколько лет – все собралось словно в фокусе. Случилось именно так, как сказал Эйнштейн. На вопрос о том, как он открыл теорию относительности, он ответил: «Я просто долго думал об этом!»

Чэдвик тоже долго думал о «нейтральном протоне» Резерфорда. И, придя к тем же результатам, что и французы, быстро заключил: бериллиевое излучение – не гамма-лучи. Это поток нейтральных частиц с массой, близкой к массе протона.

Последнее вытекает хотя бы из того, что эти частицы свободно проходят сквозь толщу свинца. Они сталкиваются с ядрами свинца, но результат – как от столкновения легкого шара с тяжелым. Тяжелый шар практически не сдвинется, а легкий отлетит в сторону.